DE102015205999A1

DE102015205999A1 - Charged internal combustion engine with double-flow turbine and grouped cylinders

Info

Publication number: DE102015205999A1
Application number: DE102015205999.5A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kindl; Franz J. Brinkmann; Jörg Kemmerling; Vanco Smiljanovski; Franz Arnd Sommerhoff
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2016-10-06

Abstract

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt, – mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, – die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, und – die beiden Gesamtabgasleitungen mit einer zweiflutigen Turbine (1), die mindestens ein in einem Turbinengehäuse (2) auf einer drehbaren Welle gelagertes und mit Laufschaufeln (3a) ausgestattetes Laufrad (3) umfasst, in der Art verbunden sind, dass jeweils eine Gesamtabgasleitung mit einer der zwei Fluten (5a, 5b) der Turbine (1) verbunden ist, wobei die zwei Fluten (5a, 5b) in Richtung des mindestens einen Laufrades (3) zumindest abschnittsweise – in Fortsetzung der Gesamtabgasleitungen – mittels Gehäusewandung (2a) voneinander getrennt sind und damit auch die Abgasabführsysteme der Zylindergruppen, wobei – jede Laufschaufel (3a) des mindestens einen Laufrades (3) eine den Fluten (5a, 5b) zugewandte Eintrittskante (4) aufweist, wobei eine einer ersten Flut (5a) zugeordnete erste Eintrittskante (4a) und eine einer zweiten Flut (5b) zugeordnete zweite Eintrittskante (4b) in einer Verbindungsstelle (6) miteinander verbunden sind und auf die Weise die Eintrittskante (4) ausbilden, die in der Verbindungsstelle (6) einen Knick (7) aufweist.A supercharged internal combustion engine having at least one cylinder head with at least two cylinders, in which - each cylinder has at least one outlet opening and an exhaust pipe adjoins each outlet opening, - at least two cylinders are configured in such a way that they form two groups each having at least one cylinder, The exhaust gas lines of the cylinders of each cylinder group combine to form an overall exhaust gas line, and the two exhaust gas lines with a twin-flow turbine (1) which has at least one impeller (3) mounted on a rotatable shaft in a turbine housing (2) and provided with moving blades (3a) ), are connected in such a way that in each case an overall exhaust gas line with one of the two floods (5a, 5b) of the turbine (1) is connected, wherein the two floods (5a, 5b) in the direction of the at least one impeller (3) at least in sections - in continuation of the total exhaust gas lines - by means of a housing wall (2a) Each of the moving blades (3a) of the at least one running wheel (3) has an inlet edge (4) facing the floods (5a, 5b), one of which is associated with a first flow (5a) Leading edge (4a) and a second trough (5b) associated second leading edge (4b) in a connection point (6) are interconnected and in the manner of forming the leading edge (4) in the connection point (6) has a kink (7) having.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der

– jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder via Abgasabführsystem aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt,
– mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden,
– die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, und
– die beiden Gesamtabgasleitungen mit einer zweiflutigen Turbine, die mindestens ein in einem Turbinengehäuse auf einer drehbaren Welle gelagertes und mit Laufschaufeln ausgestattetes Laufrad umfasst, in der Art verbunden sind, dass jeweils eine Gesamtabgasleitung mit einer der zwei Fluten der Turbine verbunden ist, wobei die zwei Fluten in Richtung des mindestens einen Laufrades zumindest abschnittsweise – in Fortsetzung der Gesamtabgasleitungen – mittels Gehäusewandung voneinander getrennt sind und damit auch die Abgasabführsysteme der Zylindergruppen.

The invention relates to a supercharged internal combustion engine having at least one cylinder head with at least two cylinders, in which

Each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases out of the cylinder via the exhaust gas removal system and an exhaust gas line adjoins each outlet opening,
At least two cylinders are configured in such a way that they form two groups each having at least one cylinder,
- Combine the exhaust gas lines of the cylinder of each cylinder group to form an exhaust manifold to form an overall exhaust line, and
- The two total exhaust gas lines with a twin-bladed turbine, which comprises at least one mounted in a turbine housing on a rotatable shaft and equipped with blades impeller, are connected in such a way that in each case an overall exhaust gas line is connected to one of the two floods of the turbine, the two Flooding in the direction of the at least one impeller at least in sections - in continuation of the total exhaust gas - are separated from each other by means of housing wall and thus also the Abgasabführsysteme the cylinder groups.

Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Ottomotoren, Dieselmotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, und Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.An internal combustion engine of the type mentioned is used as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine comprises gasoline engines, diesel engines, but also hybrid internal combustion engines, which use a hybrid combustion process, and hybrid drives, which in addition to the internal combustion engine comprise an electric motor which can be electrically connected to the internal combustion engine, which receives power from the internal combustion engine or as switchable auxiliary drive additionally delivers power.

Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der Zylinder miteinander verbunden werden. Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme des Ventiltriebs. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane – in der Regel in Gestalt von Ventilen – und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung dieser Steuerorgane. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen der mindestens zwei Zylinder und das Füllen der Brennräume mit Ladeluft über die Einlassöffnungen.Internal combustion engines have a cylinder block and at least one cylinder head, which are connected together to form the cylinder. The cylinder head is usually used to hold the valve train. In order to control the charge cycle, an internal combustion engine requires controls - usually in the form of valves - and actuators to operate these controls. The required for the movement of the valves valve actuating mechanism including the valves themselves is referred to as a valve train. As part of the change of charge, the combustion gases are pushed out via the outlet openings of the at least two cylinders and the combustion chambers are filled with charge air via the inlet openings.

Die Abgasleitungen, die sich an die Auslassöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert und werden zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung oder aber gruppenweise zu zwei oder mehreren Gesamtabgasleitungen zusammengeführt. Das Zusammenführen von Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung wird im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Abgaskrümmer bezeichnet.The exhaust pipes, which connect to the outlet openings, are at least partially integrated in the cylinder head according to the prior art and are combined to form a common overall exhaust gas line or in groups to two or more total exhaust gas lines. Merging exhaust pipes to an overall exhaust line is referred to generally and in the context of the present invention as an exhaust manifold.

Auf welche Weise die Abgasleitungen der Zylinder im Einzelfall zusammengeführt werden, d. h. die konkrete Ausgestaltung des Abgasabführsystems, hängt im Wesentlichen davon ab, welcher Betriebsbereich der Brennkraftmaschine Priorität genießt, d. h. hinsichtlich welcher Betriebsbereiche das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine optimiert werden soll.In what way the exhaust pipes of the cylinders are merged in an individual case, d. H. The specific configuration of the exhaust-gas removal system essentially depends on which operating region of the internal combustion engine has priority, ie. H. with regard to which operating ranges the operating behavior of the internal combustion engine is to be optimized.

Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, bei denen im Abgasabführsystem mindestens eine Turbine eines Abgasturboladers vorgesehen ist und die im unteren Drehzahl bzw. Lastbereich, d. h. bei kleineren Abgasmengen, ein zufriedenstellendes Betriebsverhalten aufweisen sollen, wird eine sogenannte Stoßaufladung angestrebt, d. h. bevorzugt.In supercharged internal combustion engines in which at least one turbine of an exhaust gas turbocharger is provided in the Abgasabführsystem and in the lower speed or load range, d. H. For smaller quantities of exhaust gas, to have a satisfactory performance, a so-called shock charging is sought, d. H. prefers.

Dabei sollen die – insbesondere während des Ladungswechsels – im Abgasabführsystem ablaufenden dynamischen Wellenvorgänge zum Zwecke der Aufladung und zur Verbesserung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine genutzt werden.The purpose is to use the dynamic wave processes which take place in the exhaust gas removal system, in particular during the charge exchange, for the purpose of charging and for improving the operating behavior of the internal combustion engine.

Die Evakuierung der Verbrennungsgase aus einem Zylinder der Brennkraftmaschine im Rahmen des Ladungswechsels beruht im Wesentlichen auf zwei unterschiedlichen Mechanismen. Wenn sich zu Beginn des Ladungswechsels das Auslassventil nahe des unteren Totpunktes öffnet, strömen die Verbrennungsgase aufgrund des gegen Ende der Verbrennung im Zylinder vorherrschenden hohen Druckniveaus und der damit verbundenen hohen Druckdifferenz zwischen Brennraum und Abgasleitung mit hoher Geschwindigkeit durch die Auslassöffnung in das Abgasabführsystem. Dieser druckgetriebene Strömungsvorgang wird durch eine hohe Druckspitze begleitet, die auch als Vorauslassstoß bezeichnet wird und sich entlang der Abgasleitung mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzt, wobei sich der Druck mit zunehmender Wegstrecke infolge Reibung mehr oder weniger stark abbaut, d. h. verringert.The evacuation of the combustion gases from a cylinder of the internal combustion engine in the context of the charge exchange is based essentially on two different mechanisms. At the beginning of the charge cycle, when the exhaust valve opens near bottom dead center, the combustion gases flow at high speed through the exhaust port into the exhaust gas discharge system due to the high pressure level prevailing in the cylinder at the end of combustion and the associated high pressure difference between the combustion chamber and the exhaust pipe. This pressure-driven flow process is accompanied by a high pressure peak, which is also referred to as Vorlassstoß and propagates along the exhaust pipe at the speed of sound, whereby the pressure degrades more or less with increasing distance due to friction, d. H. reduced.

Im weiteren Verlauf des Ladungswechsels gleichen sich die Drücke im Zylinder und in der Abgasleitung an, so dass die Verbrennungsgase primär nicht mehr druckgetrieben evakuiert, sondern infolge der Hubbewegung des Kolbens ausgeschoben werden.In the course of the charge cycle, the pressures in the cylinder and in the exhaust line are the same, so that the combustion gases are primarily no longer pressure-driven evacuated, but are ejected as a result of the stroke of the piston.

Bei niedrigen Drehzahlen kann der Vorauslassstoß in vorteilhafter Weise zur Stoßaufladung genutzt werden, wobei zeitlich kurze, hohe Druckimpulse bestmöglich zur Energiegewinnung in der Turbine genutzt werden. Auf diese Weise können mittels Abgasturboaufladung auch bei nur geringen Abgasmengen, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, hohe Ladedruckverhältnisse, d. h. hohe Ladedrücke auf der Einlassseite generiert werden. At low speeds, the pre-discharge pulse can advantageously be used for the purpose of supercharging, with time-limited, high pressure pulses being used optimally for energy generation in the turbine. In this way, by means of turbocharging even with only small amounts of exhaust gas, especially at low speeds, high boost pressure ratios, ie high boost pressures can be generated on the inlet side.

Die Stoßaufladung erweist sich als besonders vorteilhaft bei der Beschleunigung des Turbinenlaufrades, d. h. bei der Erhöhung der Turbinendrehzahl, die im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine bzw. bei geringer Last spürbar absinken kann und häufig bei erhöhter Lastanforderung mittels Abgasstrom möglichst verzögerungsfrei wieder angehoben werden soll. Die Trägheit des Laufrades und die Reibung in der Wellenlagerung verzögern in der Regel eine Beschleunigung des Laufrades auf höhere Drehzahlen und damit einen unmittelbaren Anstieg des Ladedrucks.The bumping proves to be particularly advantageous in the acceleration of the turbine wheel, d. H. when increasing the turbine speed, which can drop noticeably in idling mode of the engine or at low load and often with increased load request by means of exhaust gas flow should be raised as quickly as possible again. The inertia of the impeller and the friction in the shaft bearing delay usually an acceleration of the impeller to higher speeds and thus an immediate increase in boost pressure.

Um die im Abgasabführsystem ablaufenden dynamischen Wellenvorgänge, insbesondere die Vorauslassstöße, für die Stoßaufladung zur Verbesserung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine nutzen zu können, müssen die Druckspitzen bzw. Vorauslassstöße im Abgasabführsystem erhalten werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Druckimpulse in den Abgasleitungen verstärken, zumindest aber nicht gegenseitig abschwächen bzw. aufheben.To be able to use the running in the Abgasabführsystem dynamic wave processes, in particular the Vorlassstöße for the supercharging to improve the performance of the engine, the pressure peaks or Vorlassstöße must be obtained in Abgasabführsystem. It is particularly advantageous if the pressure pulses in the exhaust gas lines increase, but at least do not attenuate or cancel each other out.

Zielführend ist es daher, die Zylinder in der Weise zu gruppieren bzw. die Abgasleitungen in der Weise zusammen zu führen, dass die hohen Drücke, insbesondere die Vorauslassstöße der einzelnen Zylinder, im Abgasabführsystem erhalten werden und eine gegenseitige Beeinflussung weitestgehend vermieden werden kann.It is therefore desirable to group the cylinders in such a way or to guide the exhaust pipes in such a way that the high pressures, in particular the Vorlassstöße the individual cylinders are obtained in Abgasabführsystem and mutual interference can be largely avoided.

Eine aufgeladene Brennkraftmaschine, bei der die Zylinder gruppiert sind, ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert, dass sie zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden. Die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe führen unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammen. Die Zylinder sind dabei in der Art gruppiert, dass sich die dynamischen Wellenvorgänge in den Abgasleitungen der Zylinder einer Gruppe möglichst wenig nachteilig beeinflussen.A supercharged internal combustion engine in which the cylinders are grouped is also an object of the present invention. According to the invention, at least two cylinders are configured in such a way that they form two groups, each with at least one cylinder. The exhaust gas lines of the cylinders of each cylinder group lead together to form an exhaust gas manifold, forming an exhaust gas manifold. The cylinders are grouped in such a way that influence the dynamic wave processes in the exhaust pipes of the cylinder of a group as little as possible adversely.

Bei einem Zylinderkopf mit vier in Reihe angeordneten Zylindern ist es diesbezüglich vorteilhaft, zwei Zylinder, die einen Zündabstand von 360°KW aufweisen, jeweils zu einer Zylindergruppe zusammen zu fassen. Wird beispielsweise die Zündung in den Zylindern gemäß der Zündfolge 1-2-4-3 bzw. gemäß der Zündfolge 1-3-4-2 initiiert, ist es vorteilhaft, die außenliegenden Zylinder zu einer ersten Gruppe und die innenliegenden Zylinder zu einer zweiten Gruppe zusammen zu fassen.In a cylinder head with four cylinders arranged in series, it is advantageous in this regard, two cylinders, which have a firing interval of 360 ° KW, each to form a cylinder group together. If, for example, the ignition in the cylinders is initiated according to the ignition sequence 1-2-4-3 or according to the ignition sequence 1-3-4-2, it is advantageous for the outer cylinders to form a first group and the inner cylinders for a second group to get together.

Im Zusammenhang mit der Gruppierung der Zylinder zwecks Realisierung einer Stoßaufladung müssen zwei weitere Aspekte berücksichtigt werden, die bezüglich der Trennung der Abgasabführsysteme der Zylindergruppen von hoher Relevanz sind. Zum einen werden die Abgaskrümmer zunehmend häufig in den Zylinderkopf integriert, um von einer im Zylinderkopf vorgesehenen Flüssigkeitskühlung zu partizipieren und die Krümmer nicht aus thermisch hoch belastbaren Werkstoffen fertigen zu müssen, die kostenintensiv sind. Zum anderen ist man grundsätzlich bemüht, die im Abgasabführsystem vorgesehene Turbine möglichst nahe am Auslass der Brennkraftmaschine, d. h. nahe an den Auslassöffnungen der Zylinder, anzuordnen. Dies hat gleich mehrere Gründe und Vorteile, insbesondere weil sich die Abgaswege zwischen den Zylindern und der Turbine verkürzen. Nicht nur der Weg der heißen Abgase zur Turbine verkürzt sich, sondern auch das Volumen sowohl der einzelnen Abgaskrümmer als auch des gesamten Abgasabführsystems stromaufwärts der Turbine nimmt ab. Die thermische Trägheit des Abgasabführsystems nimmt ebenfalls ab. Auf diese Weise kann die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal genutzt. Die Verkürzung der Leitungslängen und die damit einhergehende Verkleinerung des Abgasvolumens stromaufwärts des Laufrades verbessert das Ansprechverhalten der Turbine.In connection with the grouping of the cylinders to realize a bump charging, two further aspects must be considered, which are of high relevance with regard to the separation of the exhaust gas removal systems of the cylinder groups. On the one hand, the exhaust manifolds are increasingly being integrated into the cylinder head in order to participate in liquid cooling provided in the cylinder head and not have to manufacture the manifolds from thermally highly resilient materials which are cost-intensive. On the other hand, it is fundamentally endeavored to provide the turbine provided in the exhaust-gas removal system as close as possible to the outlet of the internal combustion engine, i. H. near the outlet openings of the cylinders. This has several reasons and advantages, especially because shorten the exhaust paths between the cylinders and the turbine. Not only is the path of the hot exhaust gases to the turbine shortened, but also the volume of both the individual exhaust manifolds and the entire Abgasabführsystems upstream of the turbine decreases. The thermal inertia of the Abgasabführsystems also decreases. In this way, the exhaust enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust pressure and the exhaust gas temperature, optimally used. The shortening of the line lengths and the concomitant reduction of the exhaust volume upstream of the impeller improves the response of the turbine.

Dass sich die Wegstrecken von den Auslassöffnungen der Zylinder bis hin zum Laufrad der Turbine gemäß dem vorstehend beschriebenen Konzept deutlich verkürzen, kann aber auch Nachteile haben. Durch die motornahe Anordnung der Turbine werden die Abgasabführsysteme der Zylindergruppen gegebenenfalls nicht ausreichend lange voneinander getrennt.The fact that the distances from the exhaust ports of the cylinders to the impeller of the turbine according to the concept described above shorten significantly, but can also have disadvantages. Due to the arrangement of the turbine close to the engine, the exhaust gas removal systems of the cylinder groups may not be separated from one another for a sufficiently long time.

Erfindungsgemäß werden daher die beiden Gesamtabgasleitungen der Zylindergruppen mit einer zweiflutigen Turbine verbunden, wobei die zwei Fluten in Richtung des mindestens einen Laufrades zumindest abschnittsweise und in Fortsetzung der Gesamtabgasleitungen mittels Gehäusewandung voneinander getrennt werden, wodurch auch die Abgasabführsysteme der Zylindergruppen über eine längere Wegstrecke voneinander getrennt werden.According to the invention therefore, the two total exhaust gas lines of the cylinder groups are connected to a double-flow turbine, the two floods are at least partially separated in the direction of at least one impeller and in continuation of the total exhaust gas lines by means of housing, whereby the Abgasabführsysteme the cylinder groups are separated over a longer distance from each other ,

Trotz der vorstehend beschriebenen Optimierungsmaßnahmen erfordert die Stoßaufladung weitere Verbesserungen.Despite the optimization measures described above, the impact charging requires further improvements.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Stoßaufladung weiter optimiert ist. Against this background, it is the object of the present invention to provide a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1, which is further optimized with respect to the supercharging.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, bei der

– jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder via Abgasabführsystem aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt,
– mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden,
– die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, und
– die beiden Gesamtabgasleitungen mit einer zweiflutigen Turbine, die mindestens ein in einem Turbinengehäuse auf einer drehbaren Welle gelagertes und mit Laufschaufeln ausgestattetes Laufrad umfasst, in der Art verbunden sind, dass jeweils eine Gesamtabgasleitung mit einer der zwei Fluten der Turbine verbunden ist, wobei die zwei Fluten in Richtung des mindestens einen Laufrades zumindest abschnittsweise – in Fortsetzung der Gesamtabgas- leitungen – mittels Gehäusewandung voneinander getrennt sind und damit auch die Abgasabführsysteme der Zylindergruppen,

und die dadurch gekennzeichnet ist, dass

– jede Laufschaufel des mindestens einen Laufrades eine den Fluten zugewandte Eintrittskante aufweist, wobei eine einer ersten Flut zugeordnete erste Eintrittskante und eine einer zweiten Flut zugeordnete zweite Eintrittskante in einer Verbindungsstelle miteinander verbunden sind und auf die Weise die Eintrittskante ausbilden, die in der Verbindungsstelle einen Knick aufweist.

This object is achieved by a supercharged internal combustion engine having at least one cylinder head with at least two cylinders, in the

Each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases out of the cylinder via the exhaust gas removal system and an exhaust gas line adjoins each outlet opening,
At least two cylinders are configured in such a way that they form two groups each having at least one cylinder,
- Combine the exhaust gas lines of the cylinder of each cylinder group to form an exhaust manifold to form an overall exhaust line, and
- The two total exhaust gas lines with a twin-bladed turbine, which comprises at least one mounted in a turbine housing on a rotatable shaft and equipped with blades impeller, are connected in such a way that in each case an overall exhaust gas line is connected to one of the two floods of the turbine, the two Flooding in the direction of the at least one impeller at least in sections - in continuation of the total exhaust gas lines - are separated from each other by means of housing wall and thus also the Abgasabführsysteme the cylinder groups,

and which is characterized in that

- Each blade of the at least one impeller having a flood facing the leading edge, wherein a first flood associated first leading edge and a second flood associated second leading edge are joined together in a connection point and form the leading edge in the manner that kink in the junction having.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine umfasst die den Fluten zugewandte Eintrittskante jeder Laufschaufel zwei Teilabschnitte, nämlich eine der ersten Flut zugeordnete erste Eintrittskante und eine der zweiten Flut zugeordnete zweite Eintrittskante, die in einer Verbindungsstelle miteinander verbunden sind. Diese konstruktive Ausgestaltung der Laufschaufelkante ermöglicht es, die den beiden Fluten zugewandten Eintrittskanten, d. h. die zwei den beiden Fluten zugeordneten Teilabschnitte der Kante, unabhängig voneinander, jeweils hinsichtlich der zugehörigen Flut zu optimieren und zwar hinsichtlich der Stoßaufladung.In the case of the internal combustion engine according to the invention, the inlet edge of each blade facing the floods comprises two subsections, namely a first leading edge assigned to the first flood and a second leading edge assigned to the second flood, which are connected to one another in a connection point. This structural design of the blade edge makes it possible, the two floods facing the entrance edges, d. H. to optimize the two sub-sections of the edge associated with the two floods, independently of one another, in each case with regard to the associated flood, specifically with regard to the impact charging.

Eine derartige Laufschaufelkante trägt dem Umstand Rechnung, dass die beiden Fluten in der Regel eine voneinander verschiedene geometrische Gestalt und daher auch eine unterschiedliche Gasdynamik aufweisen. Insofern benötigen die beiden Fluten unterschiedlich geformte Eintrittskanten.Such a blade edge takes into account the fact that the two floods usually have a mutually different geometric shape and therefore also a different gas dynamics. In this respect, the two floods require differently shaped entry edges.

Die Laufschaufelkante weist in der Verbindungsstelle, welche sich vorzugsweise gegenüber bzw. nahe der Gehäusewandung befindet, einen dachförmigen Knick auf, vorzugsweise einen dachförmigen spitzen Knick, wobei die Spitze nach außen zeigt, d. h. in Richtung der Fluten bzw. der Gehäusewandung gerichtet ist. und ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist ein Knick zwei miteinander verbundene Schenkel auf, die einen Winkel kleiner 180°, vorzugsweise kleiner 90° bzw. 60° bilden. Die Schenkel bilden dabei zumindest einen Bereich der zwei Teilabschnitte, d. h. der zwei flutenzugehörigen Eintrittskanten aus.The blade edge has in the connection point, which is preferably opposite or close to the housing, a roof-shaped kink, preferably a roof-shaped sharp bend, the tip pointing outwards, d. H. directed in the direction of the floods or the housing wall. and is. In the context of the present invention, a kink has two connected legs which form an angle of less than 180 °, preferably less than 90 ° or 60 °. The legs form at least a portion of the two sections, d. H. of the two flood-related entry edges.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Laufschaufelkante verbessert die Stoßaufladung insbesondere bei Verwendung einer sogenannten Mixed-Flow-Turbine, bei der der Geschwindigkeitsvektor der Anströmung sowohl eine radiale Geschwindigkeitskomponente als auch eine axiale Geschwindigkeitskomponente aufweist. Gegenüber einer reinen Radialturbine, bei der die Anströmung exakt radial erfolgt, zeichnet sich die Mixed-Flow-Turbine durch eine geringere Trägheit aus, die aus dem kleineren Durchmesser des Laufrades resultiert.An inventively designed blade edge improves the bumping especially when using a so-called mixed-flow turbine, in which the velocity vector of the flow has both a radial velocity component and an axial velocity component. Compared to a pure radial turbine, in which the flow is exactly radial, the mixed-flow turbine is characterized by a lower inertia, resulting from the smaller diameter of the impeller.

Nach dem Stand der Technik verfügen die Laufschaufeln einer Radialturbine über Eintrittskanten, die parallel zur Welle der Turbine verlaufen, wohingegen die Laufschaufeln einer Mixed-Flow-Turbine üblicherweise Eintrittskanten aufweisen, die gegenüber der Welle des Laufrades geneigt, d. h. um einen Winkel angestellt sind. Im letztgenannten Beispiel betreffend die Mixed-Flow-Turbine sorgen die geneigten Eintrittskanten der Laufschaufeln bedingt durch die unterschiedlich großen Abstände zur umlaufenden Welle entlang der Kante für unterschiedlich große Umfangsgeschwindigkeiten und stark variierende Anströmbedingungen entlang der Eintrittskante, d. h. beim Eintritt in das rotierende Laufrad bzw. beim Eintritt in die Laufschaufeln. Diesen unterschiedlichen Anströmbedingungen wird nach dem Stand der Technik durch eine entsprechende Verwindung bzw. Formgebung der Schaufeln Rechnung getragen. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Laufschaufelkanten gestattet eine Optimierung der Anströmung beim Eintritt in die Laufschaufeln.In the prior art, the blades of a radial turbine have entry edges parallel to the shaft of the turbine, whereas the blades of a mixed-flow turbine typically have leading edges which are inclined relative to the impeller shaft, i.e., impellers. H. are employed at an angle. In the latter example concerning the mixed-flow turbine, the inclined leading edges of the blades, due to the different distances to the rotating shaft along the edge, provide for different circumferential velocities and greatly varying inflow conditions along the leading edge, ie. H. when entering the rotating impeller or when entering the blades. These different flow conditions are taken into account in the prior art by a corresponding twisting or shaping of the blades. The inventive design of the blade edges allows an optimization of the flow when entering the blades.

Damit wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, die hinsichtlich der Stoßaufladung weiter optimiert ist.Thus, the object underlying the invention is achieved, namely an internal combustion engine provided according to the preamble of claim 1, which is further optimized in terms of the impact charge.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert, dass sie zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden. Da eine Gruppe somit auch nur einen Zylinder mit nur einer Auslassöffnung aufweisen kann, kann der Abgaskrümmer einer Gruppe auch nur eine Abgasleitung einer Auslassöffnung eines Zylinders umfassen. Ein Zusammenführen von Abgasleitungen im eigentlichen Sinne zur Ausbildung eines Krümmers erfolgt dabei nicht. In the internal combustion engine according to the invention at least two cylinders are configured in such a way that they form two groups each having at least one cylinder. Since a group can thus also have only one cylinder with only one outlet opening, the exhaust manifold of a group can also comprise only one exhaust pipe of an outlet opening of a cylinder. A merging of exhaust pipes in the true sense to form a manifold does not take place.

Die zweiflutige Turbine ist erfindungsgemäß die Turbine eines Abgasturboladers. Ein Abgasturbolader umfasst eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter.The twin-flow turbine according to the invention is the turbine of an exhaust gas turbocharger. An exhaust-gas turbocharger comprises a turbine arranged in the exhaust-gas removal system and a compressor arranged in the intake system.

Der Vorteil eines Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht und somit die bereitgestellte Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.The advantage of an exhaust gas turbocharger, for example in comparison to a mechanical supercharger, is that no mechanical connection is required for transmitting power between the supercharger and the internal combustion engine. While a mechanical supercharger obtains the energy required for its drive completely from the internal combustion engine and thus reduces the power provided and thus adversely affects the efficiency, the exhaust gas turbocharger uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases.

Vorzugsweise ist eine Ladeluftkühlung vorgesehen, mit der die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in die Zylinder gekühlt wird. Dadurch erhöht sich die Dichte der zugeführten Ladeluft weiter. Die Kühlung trägt auf diese Weise ebenfalls zu einer Verdichtung und besseren Füllung der Brennräume, d. h. zu einem verbesserten Füllungsgrad, bei. Es kann vorteilhaft sein, den Ladeluftkühler mit einer Bypassleitung auszustatten, um den Ladeluftkühler im Bedarfsfall, beispielsweise nach einem Kaltstart, umgehen zu können. Preferably, a charge air cooling is provided, with which the compressed charge air is cooled before entering the cylinder. As a result, the density of the charge air supplied continues to increase. The cooling also contributes in this way to a compression and better filling of the combustion chambers, d. H. to an improved degree of filling, at. It may be advantageous to equip the intercooler with a bypass line in order to bypass the intercooler when necessary, for example, after a cold start.

Die Drehmomentcharakteristik der aufgeladenen Brennkraftmaschine kann dadurch verbessert werden, dass mehrere Lader, Abgasturbolader und/oder mechanische Lader, parallel und/oder in Reihe angeordnet im Abgasabführsystem vorgesehen werden.The torque characteristic of the supercharged internal combustion engine can be improved by providing a plurality of superchargers, exhaust-gas turbochargers and / or mechanical superchargers, arranged in parallel and / or in series in the exhaust-gas removal system.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Verbindungsstelle der Gehäusewandung gegenüberliegt. Dann korrespondieren die zwei Teilabschnitte der Eintrittskante jeder Laufschaufel mit den zugehörigen Fluten. Die der ersten Flut zugeordnete erste Eintrittskante überdeckt die erste Flut, wohingegen die der zweiten Flut zugeordnete zweite Eintrittskante die zweite Flut überdeckt.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the connection point of the housing wall is opposite are advantageous. Then, the two sections of the leading edge of each blade correspond to the associated flows. The first leading edge associated with the first flood covers the first flood, whereas the second leading edge associated with the second flood covers the second flood.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Knick spitz ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the kink is pointed are advantageous.

Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen der Knick rund ist. Auch ein runder Knick weist zwei miteinander verbundene Schenkel auf, die einen Winkel kleiner 180° bilden.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the kink is round can also be advantageous. Also, a round kink has two legs connected to each other, which form an angle smaller than 180 °.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der Knick nach außen gerichtet ist. Der Knick weist in Richtung der Fluten bzw. der Gehäusewandung und ist entgegen der Anströmung ausgerichtet.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the kink is directed outwards are advantageous. The kink points in the direction of the floods or the housing wall and is aligned against the flow.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die erste Eintrittskante eine konkave Seite aufweist, die bei umlaufender Welle eine Rückseite der Laufschaufel mit ausbildet. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass die Abgasströmung beim Austritt aus der ersten Flut häufig eingeschnürt wird und sich vor dem Eintritt in das Laufrad wieder aufweitet.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the first leading edge has a concave side which forms a rear side of the blade when the shaft rotates are advantageous. This takes into account the fact that the exhaust gas flow is often constricted at the outlet from the first flood and expands again before entering the impeller.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die erste Eintrittskante eine konvexe Seite aufweist, die bei umlaufender Welle eine Vorderseite der Laufschaufel mit ausbildet.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the first leading edge has a convex side which forms a front side of the blade when the shaft rotates are advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Eintrittskante eine konkave Seite aufweist, die bei umlaufender Welle eine Rückseite der Laufschaufel mit ausbildet.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the second leading edge has a concave side, which forms a rear side of the blade when the shaft rotates, are advantageous.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die zweite Eintrittskante eine konvexe Seite aufweist, die bei umlaufender Welle eine Vorderseite der Laufschaufel mit ausbildet.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the second leading edge has a convex side, which forms a front side of the blade when the shaft is rotating, are advantageous in this connection.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Gehäusewandung eine unbewegliche und fest mit dem Gehäuse verbundene Wand ist. Diese Ausführung der Gehäusewandung gewährleistet, dass die vom heißen Abgas in die Gehäusewandung eingebrachte Wärme in vorteilhafter Weise und ausreichendem Maße in das und via Gehäuse abgeführt wird.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the housing wall is an immovable wall fixedly connected to the housing are advantageous. This embodiment of the housing wall ensures that the heat introduced by the hot exhaust gas into the housing wall is dissipated in an advantageous manner and to a sufficient extent into and via the housing.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die beiden Fluten bis hin zu dem mindestens einen Laufrad mittels Gehäusewandung voneinander getrennt sind und damit auch die Abgasabführsysteme der Zylindergruppen.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the two floods are separated from each other to the at least one impeller by means of housing and thus also the exhaust gas removal systems of the cylinder groups.

Vorliegend sind die beiden Fluten der Turbine und damit die Abgasabführsysteme der dazugehörigen Zylindergruppen weitestgehend voneinander getrennt, so dass jede Flut nur mit den Abgasleitungen der Zylindergruppe kommuniziert, aus denen sie originär gespeist wird. Dies unterstützt die Stoßaufladung unter Ausnutzung der sich in den Abgaskrümmern ausbreitenden Druckspitzen.In the present case, the two floods of the turbine and thus the Abgasabführsysteme the associated cylinder groups are largely separated from each other, so that each flood communicates only with the exhaust pipes of the cylinder group, from which it is originally fed. This supports the bump charging by utilizing the pressure spikes propagating in the exhaust manifolds.

Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine sein, bei denen die die beiden Fluten voneinander trennende Gehäusewandung laufradseitig ein freies zungenartiges Ende aufweist und unter Ausbildung eines Zungenabstandes beabstandet zu dem mindestens einen Laufrad endet.Embodiments of the supercharged internal combustion engine may also be advantageous in which the housing wall separating the two floods has a free tongue-like end on the impeller side and ends spaced apart from the at least one impeller while forming a tongue spacing.

Vorliegend sind die beiden Fluten an ihrem laufradseitigen Ende mittels Überströmkanal miteinander verbunden bzw. zeitweise verbindbar. Der Zungenabstand ist definiert bzw. ergibt sich dabei als der Abstand zwischen dem freien zungenartigen Ende der die benachbarten Fluten voneinander trennenden Gehäusewandung und dem mindestens einen Laufrad, d. h. dessen Schaufeln. Der Überströmkanal ermöglicht eine Interaktion zwischen den Fluten.In the present case, the two floods are connected to one another at their end on the impeller side by means of an overflow channel or can be temporarily connected. The tongue spacing is defined or results as the distance between the free tongue-like end of the housing walls separating the adjacent floods and the at least one impeller, d. H. its shovels. The overflow channel allows an interaction between the floods.

Lässt sich der Zungenabstand variieren, kann auf das Ausmaß der Interaktion zwischen den Fluten Einfluss genommen werden. In Abhängigkeit des Ausmaßes der Interaktion zwischen den Fluten lassen sich die Druckschwankungen in den Fluten der Turbine glätten bzw. die Drücke in den Fluten stromaufwärts des mindestens einen Laufrades angleichen. Auf diese Weise kann auch ein Übergang von der Stoßaufladung zu einer Stauaufladung bzw. umgekehrt erfolgen.If the tongue spacing can be varied, the extent of interaction between the floods can be influenced. Depending on the extent of the interaction between the floods, the pressure fluctuations in the floods of the turbine can be smoothed or the pressures in the floods upstream of the at least one impeller can be adjusted. In this way, a transition from the bump charging to a jam charging or vice versa can take place.

Aus den vorstehend genannten Gründen sind daher auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen der Zungenabstand variabel ist.For the reasons mentioned above, therefore, embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the tongue spacing is variable.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die beiden Fluten der Turbine innerhalb des Turbinengehäuses durch Freigeben mindestens einer Öffnung stromaufwärts des mindestens einen Laufrades miteinander verbindbar sind.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the two flows of the turbine within the turbine housing by releasing at least one opening upstream of the at least one impeller are connectable to one another are advantageous.

Die Stoßaufladung hat nicht nur Vorteile. So verschlechtert sich in der Regel der Ladungswechsel infolge der Druckimpulse im Abgasabführsystem. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass eine Turbine ohne stoßweise und ohne wechselnd teilbeaufschlagt zu werden am effektivsten betrieben wird. Um eine stromabwärts der Zylinder im Abgasabführsystem vorgesehene Turbine bei hohen Motordrehzahlen optimal betreiben zu können, sollte die Turbine mit einem zeitlich möglichst konstanten Abgasdruck beaufschlagt werden, weshalb ein sich wenig verändernder Druck stromaufwärts der Turbine bevorzugt wird, um eine sogenannte Stauaufladung zu realisieren.The bump charging not only has advantages. As a rule, the charge cycle deteriorates as a result of the pressure pulses in the exhaust gas removal system. Furthermore, it must be taken into account that a turbine is operated most effectively without intermittent and without alternating partial loading. In order to be able to optimally operate a turbine provided downstream of the cylinders in the exhaust-gas removal system at high engine speeds, the turbine should be subjected to an exhaust gas pressure that is as constant as possible in time, which is why a slightly changing pressure upstream of the turbine is preferred in order to realize a so-called congestion charging.

Durch ein entsprechend großes Abgasvolumen stromaufwärts der Turbine können die Druckpulsationen in den Abgasleitungen geglättet werden. Insofern erweist sich die Gruppierung der Zylinder, bei der die Abgasleitungen gruppenweise zusammengeführt werden, wodurch das Volumen des Abgasabführsystems stromaufwärts der Turbine in mehrere Teilvolumina aufgeteilt wird, als kontraproduktiv.By a correspondingly large volume of exhaust gas upstream of the turbine, the pressure pulsations in the exhaust pipes can be smoothed. In this respect, the grouping of the cylinders, in which the exhaust pipes are combined in groups, whereby the volume of Abgasabführsystems upstream of the turbine is divided into several sub-volumes proves to be counterproductive.

Vielmehr ist es hinsichtlich einer Stauaufladung vorteilhaft, das Abgasvolumen des Abgasabführsystems stromaufwärts der Turbine zu vergrößern, um die Druckschwankungen zu minimieren.Rather, it is advantageous in terms of congestion charging to increase the exhaust gas volume of the Abgasabführsystems upstream of the turbine in order to minimize the pressure fluctuations.

Gegenüber dem Verbinden der beiden Abgaskrümmer hat das Verbinden der beiden Fluten der Turbine den Vorteil, dass die verbindende Öffnung der Abgassysteme der beiden Zylindergruppen weiter entfernt von den Auslassöffnungen der Zylinder angeordnet ist, wodurch die abgasleitungsmäßige Wegstrecke zwischen einem Zylinder der einen Gruppe und einem Zylinder der anderen Gruppe vergrößert wird. Der Gefahr einer gegenseitigen, insbesondere nachteiligen Einflussnahme beim Ladungswechsel wird dadurch entgegen gewirkt.Compared to the connection of the two exhaust manifolds, connecting the two turbine passages has the advantage that the connecting opening of the exhaust systems of the two cylinder groups is located farther from the outlet openings of the cylinders, whereby the exhaust gas line between a cylinder of one group and a cylinder of the cylinder other group is enlarged. The risk of mutual, in particular adverse influence on the change of charge is counteracted.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, bei denen die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe jeweils innerhalb des Zylinderkopfes unter Ausbildung eines Abgaskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, da durch ein Verbinden der Krümmer eine Verbindung realisiert werden würde, die außergewöhnlich nahe an den Auslassöffnungen der Zylinder platziert wäre.The embodiment described above is particularly advantageous in supercharged internal combustion engines in which the exhaust lines of the cylinders of each cylinder group merge within the cylinder head to form an exhaust manifold to form an exhaust manifold, as by connecting the manifold a connection would be realized which is exceptionally close to the exhaust ports the cylinder would be placed.

Nichtsdestotrotz können auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen die Abgaskrümmer der Zylindergruppen durch Freigeben mindestens einer Öffnung miteinander verbindbar sind.Nonetheless, embodiments of the supercharged internal combustion engine may also be advantageous in which the exhaust manifolds of the cylinder groups are connectable by releasing at least one orifice.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe innerhalb des Zylinderkopfes unter Ausbildung von zwei Abgaskrümmern jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the exhaust gas lines of the cylinders of each cylinder group within the cylinder head, with the formation of two exhaust manifolds, in each case combine to form an overall exhaust gas line, are advantageous.

Die im Abgasabführsystem vorgesehene zweiflutige Turbine kann dann sehr nah am Auslass der Brennkraftmaschine, d. h. nahe an den Auslassöffnungen der Zylinder, angeordnet werden. Dies hat gleich mehrere Vorteile, insbesondere weil sich die Abgasleitungen zwischen den Zylindern und der Turbine verkürzen.The provided in Abgasabführsystem twin-flow turbine can then very close to the outlet the internal combustion engine, ie, be arranged close to the outlet openings of the cylinder. This has several advantages, especially because shorten the exhaust pipes between the cylinders and the turbine.

Da sich der Weg zur Turbine für die heißen Abgase verkürzt, nimmt auch das Volumen der Abgaskrümmer bzw. des Abgasabführsystems stromaufwärts der Turbine ab. Die thermische Trägheit des Abgasabführsystems nimmt durch Reduzierung der Masse und der Länge der beteiligten Abgasleitungen ebenfalls ab.As the path to the turbine for the hot exhaust gases is shortened, the volume of the exhaust manifold or Abgasabführsystems decreases upstream of the turbine. The thermal inertia of the Abgasabführsystems also decreases by reducing the mass and the length of the involved exhaust pipes.

Auf diese Weise kann die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal genutzt und ein schnelles Ansprechverhalten der Turbine gewährleistet werden.In this way, the exhaust enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust pressure and the exhaust gas temperature, optimally utilized and a rapid response of the turbine can be ensured.

Die vorgeschlagene Maßnahme führt des Weiteren zu einer kompakten Bauweise des Zylinderkopfes und damit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und gestattet ein dichtes Packaging der gesamten Antriebseinheit. Zudem kann auf diese Weise an einer gegebenenfalls im Zylinderkopf vorgesehenen Flüssigkeitskühlung partizipiert werden, so dass die Krümmer nicht aus thermisch hochbelastbarem und damit kostenintensiven Werkstoffen gefertigt werden müssen.The proposed measure further leads to a compact design of the cylinder head and thus the internal combustion engine according to the invention and allows a dense packaging of the entire drive unit. In addition, in this way it is possible to participate in a liquid cooling system, which may be provided in the cylinder head, so that the manifolds do not have to be manufactured from thermally highly stressable and thus cost-intensive materials.

Die Verkürzung der Leitungslängen und die damit einhergehende Verkleinerung des Abgasvolumens stromaufwärts der Turbine unterstützt zudem die Stoßaufladung im unteren Last- bzw. Drehzahlbereich.The shortening of the line lengths and the concomitant reduction of the exhaust gas volume upstream of the turbine also supports the bump charging in the lower load or speed range.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Laufschaufeln des mindestens einen Laufrades mittels eines um die Welle herum verlaufenden ringförmigen Bandes miteinander verbunden sind. Das Band kann einteilig oder modular aufgebaut sein, wobei ein modular aufgebautes, mehrere Bandabschnitte umfassendes Band vorzugsweise jeweils zwei benachbarte Laufschaufeln des Laufrades mittels eines Bandabschnittes miteinander verbindet. Die Steifigkeit des Laufrades wird durch das ringförmige Band erhöht, wodurch sich das Schwingungsverhalten verbessert und die Geräuschemission gemindert wird.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the blades of the at least one impeller are connected to each other by means of an annular belt extending around the shaft. The band can be constructed in one piece or modular, wherein a modular constructed, several band sections comprising band preferably connects two adjacent blades of the impeller by means of a band portion together. The stiffness of the impeller is increased by the annular band, whereby the vibration behavior is improved and the noise emission is reduced.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das ringförmige Band eintrittsseitig angeordnet ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the annular band is arranged on the inlet side are advantageous.

Dann kann das Band beispielsweise auch dazu genutzt werden, die Abgasabführsysteme der Zylindergruppen – über den Eintritt in das Laufrad hinaus – zumindest abschnittsweise auch noch beim Durchströmen des Laufrades bzw. der Laufschaufeln voneinander zu trennen. Dies führt zu einer Verlängerung der Wegstrecken von den Auslassöffnungen der Zylinder bis hin zu der Verbindungsstelle der Abgasabführsysteme der Zylindergruppen zu einem gemeinsamen Abgassystem.Then, the band can also be used, for example, to separate the Abgasabführsysteme the cylinder groups - beyond the entrance to the impeller - at least partially even when flowing through the impeller or the blades from each other. This leads to an extension of the distances from the outlet openings of the cylinders to the junction of the exhaust gas removal systems of the cylinder groups to a common exhaust system.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das ringförmige Band im Bereich der Verbindungstelle aus der Eintrittskante jeder Laufschaufel herausragt.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the annular band protrudes from the leading edge of each blade in the region of the connection point are advantageous.

Dabei wird zwischen dem Band und der Gehäusewandung ein Spalt vorgesehen, der erforderlich ist, damit sich das Laufrad möglichst verlustfrei, d. h. reibungsarm drehen kann.In this case, a gap is provided between the belt and the housing, which is required so that the impeller as lossless as possible, d. H. can rotate with little friction.

Der Spalt sollte einerseits ausreichend groß sein, um ein freies Umlaufen des mindestens einen Laufrades zu ermöglichen, andererseits aber auch so eng wie möglich sein, damit der Trennungsgrad der Fluten möglichst groß ist, d. h. eine Interaktion weitestgehend unterbunden wird.On the one hand, the gap should be sufficiently large to allow the at least one impeller to rotate freely, but on the other hand to be as narrow as possible, so that the degree of separation of the floods is as large as possible, ie. H. an interaction is largely prevented.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das ringförmige Band zumindest in einem der Gehäusewandung gegenüberliegenden Bereich originär mit einem abriebfähigen Material beschichtet ist. Das beschichtete Band kann dann vor der Montage der Turbine originär ein gewisses Übermaß aufweisen, ohne dass dies schädlich wäre. Im Betrieb würde infolge Reibung so viel Material bei umlaufendem Laufrad abgerieben, d. h. abgetragen, dass sich ein Spalt ausbildet. Der auf diese Weise ausgebildete Spalt hat nach einem Einlaufvorgang in vorteilhafter Weise genau das erforderliche Mindestspaltmaß.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the annular band is originally coated, at least in an area opposite the housing wall, with an abradable material are advantageous. The coated strip may then originally have a certain excess before assembly of the turbine, without this being detrimental. In operation, as a result of friction, so much material would be rubbed off when the impeller revolved, i. H. removed, that forms a gap. The trained in this way gap has after an enema operation in an advantageous manner exactly the required Mindestspaltmaß.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen das ringförmige Band eine Fortsetzung der die beiden Fluten voneinander trennenden Gehäusewandung bildet und damit die Abgasabführsysteme der Zylindergruppen trennt.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the annular band forms a continuation of the housing wall separating the two floods and thus separates the exhaust gas removal systems of the cylinder groups are advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die zweiflutige Turbine eine Zwillingsstromturbine ist, bei der die beiden Fluten das mindestens eine Laufrad – nebeneinander angeordnet – zumindest entlang eines bogenförmigen Abschnitts spiralförmig auf gleichgroßen Radien umschließen.Advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which the twin-flow turbine is a twin-flow turbine, in which the two floods the at least one impeller - arranged side by side - at least along an arcuate portion spirally enclose on equal radii.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die zweiflutige Turbine eine Mixed-Flow-Turbine ist. Es wird Bezug genommen auf die bereits hierzu gemachten Ausführungen.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the twin-flow turbine is a mixed-flow turbine are advantageous. Reference is made to the statements already made for this purpose.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und gemäß der 1a, 1b, 2a und 2b näher beschrieben. Hierbei zeigt: In the following the invention is based on an embodiment and according to the 1a . 1b . 2a and 2 B described in more detail. Hereby shows:

1a in der Seitenansicht fragmentarisch und teilweise geschnitten die zweiflutige Turbine einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, 1a fragmentary and partially sectioned side view of the twin-flow turbine of a first embodiment of the internal combustion engine,

1b in der Draufsicht die Eintrittskante einer Laufschaufel der in 1a gezeigten Turbine, 1b in plan view, the leading edge of a blade of in 1a shown turbine,

2a schematisch in der Seitenansicht einen spitzen Knick, und 2a schematically in the side view a sharp kink, and

2b in der Seitenansicht einen runden Knick. 2 B in the side view a round kink.

1a zeigt in der Seitenansicht fragmentarisch und teilweise geschnitten die zweiflutige Turbine 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine. 1a shows in side view fragmentary and partially cut the twin-bladed turbine 1 a first embodiment of the internal combustion engine.

Die Turbine 1 verfügt über ein Turbinengehäuse 2, in dem ein Laufrad 3 auf einer drehbaren Welle gelagert ist. Die dargestellte zweiflutige Turbine 1 ist eine Zwillingsstromturbine 1, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die beiden Fluten 5a, 5b nebeneinander angeordnet sind und das mit Laufschaufeln 3a ausgestattete Laufrad 3 zumindest entlang eines bogenförmigen Abschnitts spiralförmig auf gleichgroßen Radien umschließen. Die beiden Fluten 5a, 5b sind dabei radial gleichweit beabstandet zur Welle der Turbine 1 im Gehäuse 2 angeordnet und werden bis hin zum Laufrad 3 mittels Gehäusewandung 2a voneinander getrennt. Die Gehäusewandung 2a weist laufradseitig ein freies zungenartiges Ende auf, welches so nahe wie möglich an das Laufrad 3 heranreicht.The turbine 1 has a turbine housing 2 in which an impeller 3 is mounted on a rotatable shaft. The illustrated twin-flow turbine 1 is a twin-flow turbine 1 , which is characterized in that the two floods 5a . 5b are arranged side by side and that with blades 3a equipped impeller 3 at least along an arcuate portion spirally enclose on equal radii. The two floods 5a . 5b are radially equidistant from the shaft of the turbine 1 in the case 2 arranged and are up to the impeller 3 by means of housing wall 2a separated from each other. The housing wall 2a has impeller side a free tongue-like end, which as close as possible to the impeller 3 zoom ranges.

Jede Laufschaufel 3a des Laufrades 3 weist eine den Fluten 5a, 5b zugewandte Eintrittskante 4 auf, die über zwei Teilabschnitte 4a, 4b verfügt, nämlich eine der ersten Flut 5a zugeordnete erste Eintrittskante 4a und eine der zweiten Flut 5b zugeordnete zweite Eintrittskante 4b, die in einer Verbindungsstelle 6 miteinander verbunden sind und auf die Weise die Eintrittskante 4 ausbilden, die in der Verbindungsstelle 6 einen Knick 7 aufweist.Every blade 3a of the impeller 3 shows one the floods 5a . 5b facing entrance edge 4 on that over two subsections 4a . 4b features, namely one of the first tides 5a associated first leading edge 4a and one of the second flood 5b associated second leading edge 4b that are in a junction 6 connected together and in the way the leading edge 4 train in the liaison office 6 a kink 7 having.

Die Laufschaufelkante 4 weist in der Verbindungsstelle 6, welche sich gegenüber und nahe der Gehäusewandung 2a befindet, vorliegend einen dachförmigen spitzen Knick 7, 7a auf, wobei die Spitze nach außen zeigt, d. h. in Richtung der Fluten 5a, 5b bzw. der Gehäusewandung 2a gerichtet ist. Eine erfindungsgemäß ausgebildete Laufschaufelkante 4 verbessert die Anströmbedingungen beim Eintritt in die Laufschaufeln 3a und damit die Stoßaufladung.The blade edge 4 points in the connection point 6 , which are opposite and close to the housing wall 2a located, in this case, a roof-shaped sharp kink 7 . 7a with the tip pointing outwards, ie in the direction of the floods 5a . 5b or the housing wall 2a is directed. An inventively designed blade edge 4 improves the flow conditions when entering the rotor blades 3a and thus the bump charging.

1b zeigt in der Draufsicht, d. h. von den Fluten aus in Richtung der Laufschaufeln gesehen, die Eintrittskante 4 einer Laufschaufel der in 1a gezeigten Turbine. 1b shows in the plan view, ie seen from the floods in the direction of the blades, the leading edge 4 a blade of in 1a shown turbine.

Die erste Eintrittskante 4a weist eine konkave Seite 4a´ auf, die bei umlaufender Welle eine Rückseite der Laufschaufel mit ausbildet. Die Drehrichtung D der Schaufel bzw. der Kante 4 ist durch einen Pfeil kenntlich gemacht. Eine konvexe Seite 4a´´ der ersten Eintrittskante 4a bildet bei umlaufender Welle eine Vorderseite der Laufschaufel mit aus.The first leading edge 4a has a concave side 4a' on, with a rotating shaft forms a back of the blade with. The direction of rotation D of the blade or edge 4 is indicated by an arrow. A convex side 4a'' the first leading edge 4a forms with rotating shaft a front of the blade with.

Die zweite Eintrittskante 4b weist eine konkave Seite 4b´ auf, die bei umlaufender Welle eine Rückseite der Laufschaufel mit ausbildet. Die Drehrichtung D der Schaufel bzw. der Kante 4 ist durch einen Pfeil kenntlich gemacht. Eine konvexe Seite 4b´´ der zweiten Eintrittskante 4b bildet bei umlaufender Welle eine Vorderseite der Laufschaufel mit aus.The second leading edge 4b has a concave side 4b' on, with a rotating shaft forms a back of the blade with. The direction of rotation D of the blade or edge 4 is indicated by an arrow. A convex side 4b'' the second leading edge 4b forms with rotating shaft a front of the blade with.

Ersichtlich ist auch in der Draufsicht die Verbindungsstelle 6, in der die beiden Eintrittskanten 4a, 4b miteinander verbunden sind und einen Knick 7 ausbilden.It is also apparent in the plan view, the junction 6 in which the two entrance edges 4a . 4b connected to each other and a kink 7 form.

2a zeigt schematisch in der Seitenansicht einen spitzen Knick 7, 7a. Die beiden Eintrittskanten 4a, 4b sind in der Verbindungsstelle 6 miteinander verbunden und bilden in der Verbindungsstelle 6 einen Winkel und damit einen spitzen Knick 7 aus. 2a schematically shows a sharp bend in the side view 7 . 7a , The two entry edges 4a . 4b are in the connection point 6 connected together and form in the junction 6 an angle and thus a sharp kink 7 out.

2b zeigt in der Seitenansicht einen runden Knick. Die beiden Eintrittskanten 4a, 4b sind in der Verbindungsstelle 6 miteinander verbunden und bilden in der Verbindungsstelle 6 einen Bogen und damit einen runden Knick 7 aus. 2 B shows in the side view a round kink. The two entry edges 4a . 4b are in the connection point 6 connected together and form in the junction 6 a bow and thus a round kink 7 out.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: zweiflutige Turbine, Zwillingsstromturbine twin-flow turbine, twin-flow turbine
22: Turbinengehäuse turbine housing
2a2a: Gehäusewandung housing
33: Laufrad Wheel
3a3a: Laufschaufel blade
44: Laufschaufelkante Blade edge
4a4a: erste Eintrittskante, erster Teilabschnitt der Laufschaufelkante first leading edge, first segment of the blade edge
4a´4a': konkave Seite der ersten Eintrittskante concave side of the first leading edge
4a´´4a'': konvexe Seite der ersten Eintrittskante convex side of the first leading edge
4b4b: zweite Eintrittskante, zweite Teilabschnitt der Laufschaufelkante second leading edge, second subsection of the blade edge
4b´4b': konkave Seite der zweiten Eintrittskante concave side of the second leading edge
4b´´4b'': konvexe Seite der zweiten Eintrittskante convex side of the second leading edge
5a5a: erste Flut first tide
5b5b: zweite Flut second tide
66: Verbindungsstelle junction
77: Knick kink
7a7a: spitzer Knick sharp kink
7b7b: runder Knick round kink

Claims

A supercharged internal combustion engine having at least one cylinder head with at least two cylinders, in which - each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases from the cylinder via Abgasabführsystem and connects to each outlet an exhaust pipe, - at least two cylinders are configured in the way that they form two groups, each with at least one cylinder, - combine the exhaust gas lines of the cylinders of each cylinder group to form an exhaust gas manifold to form an overall exhaust gas line, and - the two total exhaust gas lines with a twin-flow turbine ( 1 ), which at least one in a turbine housing ( 2 ) mounted on a rotatable shaft and with blades ( 3a ) equipped impeller ( 3 ), are connected in such a way that in each case a total exhaust gas line with one of the two floods ( 5a . 5b ) of the turbine ( 1 ), the two floods ( 5a . 5b ) in the direction of the at least one impeller ( 3 ) at least in sections - in continuation of the total exhaust gas lines - by means of housing wall ( 2a ) and thus also the Abgasabführsysteme the cylinder groups, characterized in that - each blade ( 3a ) of the at least one impeller ( 3 ) one the floods ( 5a . 5b ) facing the leading edge ( 4 ), wherein one of a first tide ( 5a ) associated first leading edge ( 4a ) and a second flood ( 5b ) associated second leading edge ( 4b ) in a connection point ( 6 ) are connected together and in the way the leading edge ( 4 ) forming at the junction ( 6 ) a kink ( 7 ) having.

Supercharged internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the connection point ( 6 ) of the housing wall ( 2a ) is opposite.

Supercharged internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the kink ( 7 . 7a ) is pointed.

Supercharged internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the kink ( 7 . 7b ) is round.

Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the kink ( 7 ) is directed outwards.

Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the first leading edge ( 4a ) a concave side ( 4a' ), with the rotating shaft, a rear side of the blade ( 3a ) with trains.

Supercharged internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the first leading edge ( 4a ) a convex side ( 4a'' ), with the rotating shaft a front of the blade ( 3a ) with trains.

Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the second leading edge ( 4b ) a concave side ( 4b' ), with the rotating shaft, a rear side of the blade ( 3a ) with trains.

Supercharged internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the second leading edge ( 4b ) a convex side ( 4b'' ), with the rotating shaft a front of the blade ( 3a ) with trains.

Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the housing wall ( 2a ) an immovable and fixed to the housing ( 2 ) connected wall.

Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the two floods ( 5a . 5b ) up to the at least one impeller ( 3 ) by means of housing wall ( 2a ) are separated from each other and thus also the Abgasabführsysteme the cylinder groups.

Supercharged internal combustion engine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the two floods ( 5a . 5b ) Separating housing wall ( 2a ) impeller-side has a free tongue-like end and spaced to form a tongue spacing to the at least one impeller ( 3 ) ends.

Supercharged internal combustion engine according to claim 12, characterized in that the tongue spacing is variable.

Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the two floods ( 5a . 5b ) of the turbine ( 1 ) within the turbine housing ( 2 ) by releasing at least one opening upstream of the at least one impeller ( 3 ) are connectable to each other.

Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor blades ( 3a ) of at least an impeller ( 3 ) are interconnected by means of an annular band extending around the shaft.

Supercharged internal combustion engine according to claim 15, characterized in that the annular band is arranged on the inlet side.

Supercharged internal combustion engine according to claim 16, characterized in that the annular band in the region of the connection point ( 6 ) from the leading edge ( 4 ) each blade ( 3a ) stands out.

Supercharged internal combustion engine according to claim 17, characterized in that the annular band at least in one of the housing ( 2a ) opposite area is originally coated with an abradable material.

Supercharged internal combustion engine according to one of claims 15 to 18, characterized in that the annular band is a continuation of the two floods ( 5a . 5b ) housing wall ( 2a ) and thus separates the Abgasabführsysteme the cylinder groups.

Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the twin-flow turbine ( 1 ) a twin-flow turbine ( 1 ).

Supercharged internal combustion engine according to claim 20, characterized in that the twin-flow turbine ( 1 ) is a mixed-flow turbine.